研究目的
开发一种改性的氮化碳光催化剂,通过电荷转移实现磺胺二甲嘧啶和四环素在可见光驱动下的高效降解。
研究成果
水杨酸修饰的氮化碳(CN-SA)因光吸收增强和载流子分离效率提高,对四环素和磺胺二甲嘧啶展现出更强的可见光光催化降解活性。最优化的CN-SA-0.05对TC和SMZ的降解速率较原始氮化碳分别提升2倍和3倍,且经过四个循环仍保持良好稳定性。主要活性物种为?O2?和h+。该研究为设计具有可调带隙结构的有机光催化剂用于环境修复提供了新策略。
研究不足
该研究主要关注受控水溶液中的模型污染物(四环素和磺胺甲噁唑),可能无法完全代表复杂的实际废水基质。合成方法的可扩展性及实际应用中的长期稳定性有待进一步研究。虽然实验支持了机理阐释,但更深入的理论模拟将有助于完善解释。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用热共聚合法,以尿素和水杨酸为原料合成水杨酸修饰的聚合物碳氮化物(CN-SA)。设计原理是通过在碳氮化物结构中引入芳香环来增强光吸收和电荷载流子分离。理论模型包括利用Mott-Schottky曲线和价带XPS进行的能带结构分析。
2:样品选择与数据来源:
样品包括原始聚合物碳氮化物(PCN)和不同SA含量的CN-SA(CN-SA-0.02、CN-SA-0.05、CN-SA-0.1)。所用污染物为水溶液中的四环素(TC)和磺胺二甲嘧啶(SMZ)。数据来源包括合成的材料及标准化学试剂。
3:CN-SA-CN-SA-1)。所用污染物为水溶液中的四环素(TC)和磺胺二甲嘧啶(SMZ)。数据来源包括合成的材料及标准化学试剂。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备:马弗炉(用于合成)、Rigaku D/max-2500 XRD、BioRad FTS-600 FT-IR、Helios NanoLab 600i SEM、Tecnai G2F20 TEM、Brunauer-Emmett-Teller比表面积分析仪、ESCALAB 250Xi XPS、Cary 300 UV-vis DRS、Perkin Elmer LS 50B PL光谱仪、带420 nm滤光片的300 W氙灯、UV-vis分光光度计、HPLC-UV、CHI 760E电化学工作站、ESR光谱仪。材料:尿素、水杨酸(国药集团化学试剂有限公司)、MilliQ水、乙醇、Na2SO4、N,N-二甲基甲酰胺、FTO玻璃、Ag/AgCl电极、Pt电极、异丙醇(IPA)、TEMPOL、EDTA-2Na。
4:N,N-二甲基甲酰胺、FTO玻璃、Ag/AgCl电极、Pt电极、异丙醇(IPA)、TEMPOL、EDTA-2Na。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:合成:将尿素和SA溶于水-乙醇混合液,搅拌、超声处理、干燥后于550°C加热。表征:XRD、FT-IR、SEM、TEM、BET、XPS、DRS、PL、光电化学测量。光催化测试:将催化剂分散于污染物溶液中,用可见光照射,定时取样,离心后通过UV-vis或HPLC分析。光电化学:通过在FTO上分散催化剂制备工作电极,在Na2SO4溶液中光照条件下测量。
5:数据分析方法:
采用准一级动力学模型进行动力学分析,通过Tauc图计算带隙,利用Mott-Schottky图确定平带电位,通过时间分辨PL测定载流子寿命,通过捕获实验和ESR鉴定活性物种。
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